Аквахелат нанометалу

Аквахелат нанометалу, що містить метал з лігандами, за які використовують молекули води, який відрізняється тим, що метал у складі аквахелату знаходиться у вигляді наночастинки, при цьому поверхня наночастинки має електричний заряд, утворений надлишком електронів, а наночастинка хелатована за допомогою водневих зв'язків молекул води з її електрично зарядженою поверхнею. (19) (21) u200709613 (22) 27.08.2007 (24) 10.01.2008 (72) КОСІНОВ МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ, UA, КАПЛУНЕНКО ВОЛОДИМИР ГЕОРГІЙОВИЧ, UA (73) КОСІНОВ МИКОЛА ВАСИЛЬОВИЧ, UA, КАПЛУНЕНКО ВОЛОДИМИР ГЕОРГІЙОВИЧ, UA (56) 3 В основу корисної моделі поставлена задача підвищення екологічної чистоти аквахелату, що розширює область його застосування. Це досягається тим, що аквахелат не містить іонів металу, а в якості лігандів в ньому застосовані тільки молекули води. Запропонований, як і відомий аквахелат нанометалу містить метал з лігандами, в якості яких використовують молекули води, і, відповідно до цієї пропозиції, метал у складі аквахелату знаходиться у вигляді наночастинки, при цьому поверхня наночастинки має електричний заряд, утворений надлишком електронів, а наночастинка хелатована за допомогою водневих зв'язків молекул води з її електрично зарядженою поверхнею. Використання в якості комплексоутворюючого металу не іону, а металевої наночастинки дозволяє зменшити токсичність аквахелату. Наявність на поверхні наночастинки електричного заряду, утвореного надлишком електронів, створює умови для утримання навколо наночастинки лігандів - полярних молекул води. Хелатування наночастинки за допомогою водневих зв'язків молекул води з її електрично зарядженою поверхнею дозволяє аквахелату легко проникати через мембрани кліток, а наночастинці легко «розкриватися», що створює умови для його високої активності. Це дозволяє використовувати аквахелат нанометалу всередині клітинних мембран з метою покращання, підсилення або гальмування певних метаболічних процесів або для впливу на фізичні властивості кліток, тканин одноклітинних і багатоклітинних організмів. Аквахелат нанометалу отримують ерозійновибуховим диспергуванням металевих гранул, що знаходяться в деіонізованій воді. [див. Патент України на корисну модель №23550. Спосіб ерозійно-вибухового диспергування металів. МПК B22F 9/14. Опубл.25.05.2007. Бюл.№7.]. При проходженні через ланцюжки металевих гранул імпульсів електричного струму, в яких енергія імпульсів перевищує енергію сублімації випаруваного металу, в точках контактів металевих гранул один з одним виникають іскрові розряди, в яких здійснюється вибухоподібне диспергування металу. В каналах розряду температура досягає 10тис. градусів. Ділянки поверхні металевих гранул в зонах іскрових розрядів плавляться і вибухоподібно руйнуються на найдрібніші наночастинки і пару. Розплавлені наночастинки, що розлітаються, мають сферичну форму. Поверхневий електричний заряд у наночастинки створюють за допомогою вибухової електронної емісії з поверхні металевих гранул при ерозійно-вибуховому диспергуванні поверхні металевих гранул електричними розрядами у воді. Явище вибухової електронної емісії виникає при вибухах локальних ділянок металевих гранул [див. Открытие №176 от 24 июня 1976г. Конюшая Ю. П. Открытия советских ученых. Часть 1. Физикотехнические науки. Изд-во МГУ. 1988, с.287-288]. За рахунок явища вибухової електронної емісії 29280 4 утворюються потужні потоки електронів. Наночастинки, знаходячись якийсь час в потоці електронів, набувають на своїй поверхні певного електричного заряду із знаком "мінус". Утворення у металевих наночастинок поверхневого електричного заряду із знаком "мінус" робить хелатний комплекс наночастинок за структурною побудовою подібним до аніонного хелатного комплексу. В той же час, відсутність аніона як такого виключає токсичні прояви з боку наночастинки. Аквахелат нанометалу є сполукою, створеною шляхом об'єднання наночастинки металу з неметалічними речовинами, що іменуються як ліганди. В якості лігандів використані молекули води. Загальне число зв'язків, що з'єднують метал з лігандом, розглядається як координаційне число металу. Це число визначається кількістю пар електронів, що знаходяться на поверхні наночастинки. Наночастинка виступає в якості донора електронів. Полярні молекули води є акцепторами електронів і створюють комплексні з'єднання за рахунок водневих зв'язків. Аквахелати нанометалів можуть бути представлені наступною загальною формулою: éMe 2n - (H O ) ù . 2 nú ê h ë û У даній формулі Meh позначає металкомплексоутворювач у вигляді наночастинки. Н2О в аквахелату є лігандом. Кількість молекул води n - ціле число, відповідне координаційному числу n комплексоутворюючої електрично зарядженої наночастинки металу Meh2n- . Значення координаційного числа n наночастинки визначається величиною поверхневого заряду наночастинки, тобто кількістю пар електронів, що знаходяться на поверхні наночастинки. У випадку використання в якості комплексоутворююча електрично зарядженої наночастинки металу Meh2nкоординаційне число n може перевищувати значення 12, яке є максимальним відомим координаційним числом для комплексоутворююча в іонній формі [див. Комплексные соединения. Большая Советская Энциклопедия. Т.12 с.587.]. Молекули води в координаційній сфері хелату служать для додання стійкості аквахелату і для полегшення трансмембранного перенесення аквахелату в клітку. Лабільні молекули води в аквахелаті нанометалу швидко замінюються атомами донора, які виробляються сенсорами білка, такими, як рецептори на поверхні стінки клітки, внаслідок чого трансмембранне перенесення аквахелату нанометалу в клітку здійснюється легко. Відомо з електрохімічної теорії, що трансмембранне перенесення здійснюється на межі розділення фаз, а енергія для перенесення через мембрану виробляється градієнтом електричного потенціалу. Хелатування наночастинок молекулами води за рахунок водневих зв'язків молекул води з електрично зарядженою поверхнею наночастинок 5 приводить до утворення стійких хелатних комплексів без додавання інших лігандів. Оскільки молекули води є диполі, у яких заряди із знаком «плюс» розташовані на ядрах водню, то вони за рахунок електростатичного поля обволікають електрично заряджені наночастинки металу, утворюючи хелатні комплекси. Кожна пара електронів на поверхні наночастинки утримує одну молекулу води і задає координаційне число хелатного комплексу. Чим більший поверхневий заряд має наночастинка, тим більше координаційне число має хелатний комплекс. Сферична форма металевої наночастинки дозволяє отримати при електризації наночастинки рівномірний електричний заряд на її поверхні. Це створює умови для щільного і рівномірного оточення наночастинки полярними молекулами води і створення стійкого хелатного комплексу. Стійкість забезпечується кулонівськими силами, що виникають між поверхнею зарядженої металевої наночастинки і диполями води. Оскільки в молекулі води є чотири полюси зарядів, розташованих асиметрично, то вона має помітно виражену полярність. Це призводить до утворення тетраедричних координованих асоціатів ліганду, які створюють щільну оболонку з молекул води навколо наночастинок. Щільність оболонки тим більше, чим більший поверхневий негативний заряд має наночастинка. Кожна молекула води є диполем з високим дипольним моментом - 1,87 дебая. Наявність в молекулі води електричних зарядів, що не компенсуються, призводить до угрупування молекул в «співтовариства» асоціати. Вони виникають між ядрами водню одних молекул води і електронними «згущуваннями» у ядер кисню інших. Оскільки електронні орбіталі в кожній молекулі води утворюють структуру тетраедра, водневі зв'язки упорядковують розташування молекул води у вигляді тетраедричних координованих асоціатів. Молекули ліганду розташовуються навколо наночастинки і створюють водну, або гідрат, оболонку. Ця оболонка оберігає наночастинки від агломерації і випадання в осад. Величина оболонки гідрата залежить від поверхневого заряду наночастинки. Таким чином, стійкість аквахелату нанометала визначається двома чинниками: наявністю поверхневого заряду у наночастинок і водною оболонкою, що знаходиться навколо наночастинок. Завдяки водневим зв'язкам ліганда наночастинка легко «розкривається», що створює умови для високої активності аквахелату. Екологічно чистий аквахелат нанометалу можна використовувати в якості ефективної транспортної системи для перенесення різноманітних біогенних металів через клітинні мембрани. Аквахелат призначений для впливу на природу клітки, тканини або організму при проникненні всередину. Наприклад, можна додавати аквахелат нанометалу в розчини, в яких зберігаються або вирощуються клітки або тканини. В разі багатоклітинних організмів, особливо ссавців, можна готувати сполуки аквахелатів нанометалу у вигляді харчових продуктів, напоїв, 29280 6 мазей, кремів, шампунів, засобів догляду за волоссям, очних крапель, вушних крапель, рідин для полоскання рота, зубних паст, губної помади, дезодорантів, носових розчинів і аерозолів, супозиторіїв, шкірних мазей, ін'єкційних розчинів і т.д.